0目錄第1章緒論11.1引言11.2失效分析的發(fā)展簡況21.3本課題的背景和意義3第2章失效分析的方法42.1失效分析的概況42.2常用失效分析及技術(shù)62.3系統(tǒng)分析方法11第3章拐軸的斷裂原因分析143.1實驗結(jié)果與分析153.2PRO/E建模193.3ANSYS分析203.4拐軸的優(yōu)化設計23設計心得25參考文獻27摘要我的設計課題是T108噸自卸車拐軸的斷裂失效分析及優(yōu)化設計本1文通過對拐軸軸化學成分、宏觀、微觀及力學性能等方面的一系列實驗，失效分析技術(shù)是指在各種失效分析方法中具體所采用的分析技術(shù)和手段。對失效分析對象而言，失效分析技術(shù)從總體上可分為非破壞性和破壞性失效分析技術(shù)，具體可分為：感官檢查診斷技術(shù)、痕跡發(fā)現(xiàn)技術(shù)、斷口和裂紋分析技術(shù)、化學成分分析技術(shù)、性能測試技術(shù)、無損檢驗技術(shù)、宏觀殘余應力測試等。分析出該軸的斷裂原因，在此基礎上，利用PRO/E軟件對泵軸進行了較全面的有限元分析及優(yōu)化設計，不但驗證了實驗分析的正確性，而且提出了合理的改進方案。我們通過對自卸車拐軸軸的宏、微觀分析和結(jié)構(gòu)分析，了解該軸的應力分布情況，找出應力集中部位，分析該系列軸斷裂的原因,在此基礎上充分利用PRO/E技術(shù)進行進一步的應力分析,以驗證宏、微觀分析結(jié)果,再利用PRO/E技術(shù)進行軸的優(yōu)化設計,達到改進軸的目的仍然采用ANSYS軟件進行軸的優(yōu)化設計，在建模中，由于要進行有限元分析，為減少小尺寸的影響，一些不重要的倒角、倒角可以省略，此外，拐軸的實際受力過程是不斷運動的，為便于分析起見，在受力等效的原則下，通過施加約束轉(zhuǎn)化為一個靜力分析模型。并對所做的優(yōu)化結(jié)構(gòu)進行分析驗證，達到減少應力集中，提高零件及設備的使用壽命。這樣既能保證設備的正常使用，提高工廠的經(jīng)濟效益，有很高的實用價值，而且為軸失效問題的分析可提供有效的參考資料。關鍵詞失效分析；斷裂；有限元；PRO/E；拐軸第1章緒論1.1引言在很久以前，人們對產(chǎn)品失效就有了宏觀認識。產(chǎn)品失效真正給人類帶來嚴2重的危害，則是從100多年前的英國工業(yè)革命開始。當蒸汽機動力和大機器生產(chǎn)給人類社會帶來巨大進步的同時，產(chǎn)品失效也給人類帶來了前所未有的災難性事故。因而1862年，英國建立了世界上第一個蒸汽鍋爐監(jiān)察局，把失效分析作為法律仲裁事故和提高產(chǎn)品質(zhì)量的技術(shù)手段。隨后，在工業(yè)化國家中，對失效產(chǎn)品進行分析的各種機構(gòu)相繼出現(xiàn)。隨著科技的突非猛進系統(tǒng)和設備日益復雜，功能不斷提高，其不可靠和不安全因素增多，導致故障的原因也增多，因而對故障的分析研究工作亦越來越受到世界各國的關注。工業(yè)的發(fā)展、技術(shù)的進步正是人們不斷與產(chǎn)品失效做斗爭的結(jié)果，這在航空和航天事業(yè)的發(fā)展史中表現(xiàn)尤為突出。因為即使航天飛機這么先進的運載工具也可能發(fā)生故障，如美國的價值12億美元的“挑戰(zhàn)者”號航天飛機，在1986年1月28號第11次升空時突然爆炸，使7名宇航員遇難，這一慘痛悲劇再次告戒人們忽視產(chǎn)品失效問題將帶來災難性的惡果。任何一次失效都可以看成是產(chǎn)品在服役條案件下所做的一次最真實做可靠的學實驗的結(jié)果；通過失效分析判斷失效模式，找出失效的原因和影響因素，也就找到了薄弱環(huán)節(jié)所在，從而改進有關部門的工作。提高產(chǎn)品質(zhì)量。失效分析是可靠性工程的技術(shù)基礎之一；是安全工程的重要技術(shù)保障之一；是維修工程的理論基礎和指導依據(jù)；可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。因而開展失效分析工作是非常有意義的，其重要性一般包括以下幾個方面：1.可以保證產(chǎn)品的可靠性，減少由于設備失效造成的人身傷亡和直接的經(jīng)濟損失；2.可以從中吸取大量的經(jīng)驗教訓以利制定和完善產(chǎn)品質(zhì)量管理的有關文件、標準和規(guī)定、是產(chǎn)品質(zhì)量管理的一個重要環(huán)節(jié)；3.有助于及時“吃透”國外先進技術(shù)、提高引進速度和效率；4.通過對進口設備的失效分析可以向外商提供索賠依據(jù)或技術(shù)仲裁5.可以使設備維修工作建立在失效分析的基礎上，從而取得良好的事故預防；6.失效分析的結(jié)果也是現(xiàn)行技術(shù)的規(guī)范、規(guī)程和標準的實用性的實地檢驗，可作為修訂和制定文件的依據(jù)；7.失效分析的頭腦國際資料是指定科技開發(fā)規(guī)劃和經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃的重要依3據(jù)，失效分析可以為各級人員正確處理現(xiàn)場技術(shù)問題提供科學的依據(jù)。在我國，由于長期的歷史原因，現(xiàn)有設備超期服役帶病運行相當普遍，有相當一部分設備存在各種結(jié)構(gòu)缺陷、工藝缺陷、加工缺陷、制造缺陷、材料缺陷和使用不當產(chǎn)生的裂紋或損傷腐蝕介質(zhì)影響或長期超載運行等，或盲目使用這些設備而不及時采取措施進行監(jiān)控和預防，必將發(fā)生事故，因而，為了盡量減少事故的發(fā)生，需要進行失效分析的研究。目前關于失效分析的研究比較多，他們大多采用傳統(tǒng)的宏觀、微觀分析法對失效的原因進行分析，本文首先也將采用宏觀、微觀對T108噸自卸車拐軸進行失效分析。1.2失效分析的發(fā)展簡況長期以來，人類在生產(chǎn)實踐中不斷與產(chǎn)品失效作斗爭，但失效分析僅作為零星、分散、宏觀的經(jīng)驗世代相傳。失效分析作為一種學科分支還是近半個世紀的事情。材料科學的興起、先進測試技術(shù)的應用以及近代物理、化學等的全面發(fā)展，使得人民能夠從微觀方面闡明產(chǎn)品失效的本質(zhì)、規(guī)律和原因。在此基礎上，失效分析走上系統(tǒng)、綜合、理論化的新階段。近半個世紀所積累的失效分析知識與技術(shù)千百倍于人類前期有關知識的總和。但這種知識必然隨著人類生產(chǎn)實踐和科技進步而不斷發(fā)展。雖然由于科技的發(fā)展，產(chǎn)品在設計、生產(chǎn)、使用與維修上的技術(shù)改進，似的產(chǎn)品的可靠性日益提高，然而，失效事件并不會消失。而且，產(chǎn)品的自動化程度愈高、技術(shù)愈密集，一旦出現(xiàn)失效，造成的損失就愈嚴重。因此失效分析將隨著科技的高速發(fā)展顯得更為重要。遠在1862年英國建立世界第一個蒸氣鍋爐監(jiān)察局時，失效分析就被作為法律仲裁產(chǎn)品質(zhì)量事故的技術(shù)判斷手段。在1938-1945年間，美國質(zhì)量管理學會發(fā)起“失效廢品檢驗規(guī)劃”，號召生產(chǎn)企業(yè)把失效分析作為重要環(huán)節(jié)納入質(zhì)量管理系統(tǒng)。在四十年代末和五十年代初，為解決電子產(chǎn)品失效問題而發(fā)展起來的可靠性理論使失效分析進入到一個新的階段。到六十年代，人們更開始了機械設備系統(tǒng)可靠性理論的研究。